I. — THERMOMÈTRE A MERCURE

Lorsqu'on veut préparer un thermomètre à mercure, la première condition est d'avoir du mercure parfaitement pur. Celui que l'on trouve dans le commerce et qui a séjourné dans les cuves

(1) L'expérience a montré qu'entre ces deux limites, la dilatation apparente du mercure, c'est-à-dire, l'augmentation de volume qu'il subit dans le verre, est de ri . H faut donc que la capacité du réservoir soit à la capacité de la tige dans le rapport de 65 à 1

(2) La dilatation apparente de l'alcool dans le verre est d'environ rr pour un intervalle de 100 degrés. Il faut donc, pour que le thermomètre à alcool ait une étendue correspondante à 100 degrés, que la capacité de son réservoir, comparée à celle de sa tige, soit dans le rapport de 10 à 1.

REMPLISSAGE. POINTS FIXES. Ii5

de nos laboratoires contient toujours de l'oxyde de mercure, et souvent aussi des métaux étrangers, tels que le zinc, le cuivre, le plomb. La présence de ces métaux modifie profondément ses propriétés physiques, et lui donne, entre autres caractères, celui d'adhérer au verre, d'y laisser une trace de son passage et de devenir, par cela même, impropre aux usages thermométriques.

Purification du mercure. — La distillation est un moyen de purification très-imparfait. Au terme où le mercure enire en ébullition, les métaux qui l'accompagnent omettent des vapeurs dont la tension est très-sensible, et qui, d'ailleurs, sont facilement entraînées par la vapeur mercurielle. 11 faut donc recourir à un autre procédé, et celui que l'on considère aujourd'hui comme fournissant les meilleurs résultats est le traitement par l'acide nitrique.

Ce procédé consiste à introduire dans un flacon de verre le mercure que l'on veut purifier, et à y ajouter ^U ^^ poids d'acide nitrique à 1,4:2 préalablement étendu de deux fois son volume d'eau. Le vase est placé dans un bain marie à 50° ou 60% et on l'y maintient pendant vingt-quatre heures, en agitant fréquemment le mélange. Au bout de ce temps, on enlève par décantation la solution surnageante qui emporte avec elle les métaux étrangers ; on lave à grande eau le mercure ainsi purifié, et on le sèche avec le plus grand soin (1).

Le mercure, exposé à l'air, en absorbe l'oxygène, surtout pendant les chaleurs de l'été, et forme de l'oxyde de mercure qui a les mêmes inconvénients, au point de vue qui nous occupe, que les métaux étrangers dont il vient d'être question. Lorsqu'on agite le mercure ainsi altéré, l'oxyde qu'il contient se dissémine dans la masse ; mais, par le repos, il remonte à la surface et y forme une pellicule grise. On a coutume, dans les laboratoires de physique, lorsque le mercure a été purifié et séché comme il vient d'être dit, de l'introduire dans un entonnoir de verre muni d'un robinet.

(I) Pour obtenir le mercure bien sec, on enlève d'abord Teau surabondante au moyen du papier Joseph que l'on promène dans la masse de mercure. Ou porte ensuite le m^tal dans une capsule de porcelaine que Ton chauffe à 115° ou 120*, et que l'on maintient quelque temps à cette température, afin d'être bien assuré que toute l'humidité a disparu. On recouvre ensuite le tout d'une cloche sous laquelle on a placé de la chaux vive.

BIIGNËT. 10

Uf) CONSTRUCTION DES THERMOMÈTRKS.

Au moment d'en faire usage, on ouvre doucement le robinet, et l'on fait couler le liquide dans un verre à pied bien propre et bien sec. On a ainsi du mercure exempt d'oxyde, parfaitement miroitant, n'adhérant ni au verre ni à la porcelaine, et roulant sur Tune ou l'autre de cl's deux substances sans y laisser la moindre trace.

Une seconde condition presque aussi importante que celle qui se rapporte à la purelé du mercure, est que le tube destiné à la préparation du thermomètre soit parfaitement sec et exempt de poussière. L'élève, toutefois, n'a pas à se préoccuper beaucoup de cette condition, parce que le constructeur a soin, lorsqu'il a soudé et ajusté^ les trois pièces qui composent l'enveloppe thermométrique, de fermer à la lampe la pointe effilée qui termine l'ampoule supérieure. De cette manière, aucune trace d'humidité, aucune poussière ne peut pénétrer ni dans le réservoir, ni dans le tube, et les parois intérieures de ces deux pièces se maintiennent parfaitement propres jusqu'au moment fixé pour l'opération (1).

Lorsqu'on a ainsi préparé le mercure et le tube destiné à le recevoir, voici la série d'opérations, plus minutieuses que compliquées, qu'il s'agit de mettre en pratique pour introduire le mercure, pour régler sa course, pour fermer le tube, et pour marquer les deux points fixes sur la tige.

Remplissage du tube. — Briser la pointe effilée de l'enveloppe thermométrique. Chauffer légèrement l'ampoule au moyen d'une lampe à alcool, de manière à dilater l'air qu'elle renferme, et plonger aussitôt l'extrémité ouverte dans du mercure sec et pur (fig. 68). Par le refroidissement, le mercure monte peu à peu, et arrive jusque dans l'ampoule qu'il remplit partiellement.

Chauffer tout à la fois le réservoir et l'ampoule, afin de chasser une nouvelle quantité d'air; puis retourner le tube et le laisser refroidir en le maintenant dans une position verticale. L'air se

(1 j Les enveloppes theniiométriqucs que fournit le constructeur doivent être en verre autant que possible exempt de plomb. On a remarqué, en effet, que lorsque le verre contient du plomb en quantité notable, il éprouve par la chaleur des changements d'état moléculaire qui modifient la capacité du réservoir, et qui font que, cette capacité ne se retrouvant plus la mùme pour la môme température, le niveau du mercure dans le tube ne correspond plus à la môme division dans la même cir/îonstancc. Enfin, le canal intérieur des tubes doit être parfaitement cylindrique ; mais c'est là un point sur lequel nous aurons à revenir dans la manipulation suivante qui a puur objet la division de la lige ou Tinscription des degrés thermométriques.

contracte de plus en plus, et une partie du mercure de l'ampoule passe dans le réservoir (fig. 69).

3° Chauffer de nouveau le réservoir jusqu'à faire bouillir le mercure qui y a pénétré : la vapeur du métal expulse complètement l'air du tube, ainsi que les dernières traces d'humidité que le mercure pouvait encore retenir. Si, dès lors, on cesse de chauffer, la

FiG. 68 et 69. — Remplissage du tube thermométrique à mercure.

vapeur mercurielle se condense, et l'appareil se trouve exactement rempli de mercure, au moins dans la partie qui correspond au réservoir et au tube. La fig, 70 représente cette disposition (1).

Fiœation des limites entre lesquelles le niercure doit se mou* voir. — 11 s'agit maintenant de régler la course de Tinstrumen*, c'est-à-dire de marquer les limites entre lesquelles le niveau du

(1) S*il restait la moindre bulle d'air divisant la colonne liquide en un point quelconque de son étendue, il faudrait recommencer à faire bouillir le mercure, de manière à Teipulser complètement. C'est une condition de rigueur, sans laquelle le thertnomëtre ne serait point acceptable.

U8 COiNSTKUCTlON DES THERMOMÈTRES,

mercure doit se mouvoir. Les capacités relatives du réservoir et du tube ayant élé calculées pour un intervalle de 120 degrés environ, on s'arrange pour que le niveau du mercure occupe la partie supérieure de la tige quand le thermomètre est exposé à une température de + 1 10° ; et il est évident, dès lors, si les mesures ont élé prises bien exactement, que le niveau se trouvera au bas de la

Fie. 70. — Tube Ihcraiométriquc à mercure, complètement rempli.

FiG. 7i. — Disposition que présente le tube thermométrique à mercurC) au moment où l'on en détache Tampoule.

FiG. 72. — Tube thermométrique dont on a détaché l'ampoule et effilé la pointe.

lige quand la température sera — 10° C'est là, en effet, la course ordinaire des thermomètres à mercure que Ton construit à l'école de pharmacie. Voici maintenant comment on procède pour obtenir ce résultat.

1° Avant que le thermomètre de la fig. 70 se soit complètement refroidi, faire couler par la pointe effilée dont on agrandit au besoin l'ouverture, le liquide contenu dans l'ampoule. Le niveau du mercure se trouve alors au point a dans le tube (fig. 71), et il

descend peu à peu, à mesure que le refroidissement se poursuit. Quand le refroidissement est complet, le niveau s'est abaissé à quelques centimètres au-dessous du sommet de la tijje.

2** Chauffer à la lampe d'émailleur la partie du tube comprise entre a et r, en la tournant dans la flamme jusqu'à ce que le verre soit ramolli. Etirer alors le *ube en pointe effilée, et détacher l'ampoule par un trait de lime. Le thermomètre prend alors la forme représentée fip:. 72; mais sa pointe efiîlée est encore ouverte.

8** Plonger le thermomètre dans un bain d'eau salée en ébullition (1), en ayant soin que son extrémité ouverte fasse seule saillie au dehors du bain. Le mercure se dilate, gagne le sommet du tube, et sort en fines gouttelettes par la pointe effilée. Dès que l'écoulement cesse, ce qui indique que le mercure a pris tout le volume qu'il peutprendre pour la température à laquelle il se trouve, on ferme le tube en dirigeant le dard du chalumeau sur sa pointe ouverte. Le tube ainsi fermé se trouve privé d'air ; et quand le mercure se contracte, il laisse au-dessus de lui un vide semblable à celui de la chambre barométrique (2).

Points fixes de la gradimimi, — Pour rendre comparables les indications fournies par les divers thermomètres, on fait reposer la graduation de ceux-ci sur deux points fixes, c'est-à-dire sur deux points de repère qui sont en coïncidence nécessaire dans tous les thermomètres, parce qu'ils correspondent à des températures qui sont partout et toujours les mêmes. Ces deux points sont la fusion de la glace et rébullition de Veau.

On a observé que la glace fond toujours à la même température.

(1) Une soliUton saturée de sel marin bout à + 109* 7 sous la pression normale lie 0» 760.

(â) Il est important de ne pas laisser d'air au-dessus du mercure au moment où l'on ferme le tube ; car cet air pourrait, à un moment' donnr^, ou diviser la colonne merciirielle, ou amener la rupture de rii\,strument.

Certains physiciens, cependant, ont émis Topinion qu'une petite quantité d*air, laissée au-dessus du mercure, valait mieux que le vide absolu. La pression extérieure agit, comme on sait, avec une puissance de 1 kilogramme par centimètre carré ; et, quand rien n'existe à Tintérieur du tube pour contrebalancer cette pression, le réservoir subit à la longue une déformation qui modifie sa capacité. 11 est bien vrai qu'en laissant une petite quantité d'air on atténue beaucoup cet inconvénient ; mais il faut alors prendre de grandes précautions pour éviter la division de la colonne mercurielle. Il faut aussi, pour éviter la rupture du thermomètre, disposer au sommet du tube, un petit renflement destiné à contenir l'air, lorsque, par mégarde, on a dépassé la température qui amène le liquide au sommet de la tige.

quelle que soit la pression (i), quelle que soit Teau d'où elle provient. On a observé, de plus, que cette température reste invariable pendant tout le temps que dure la fusion. On a donc décidé de choisir le point de fusion de la glace comme premier point fixe de la graduation des thermomètres, et Ton est convenu d'en faire le 0"* de la graduation.

Il a été reconnu, d'un autre côté, que, quand l'eau est en ébuUition sous la pression normale, la vapeur qui s'en échappe a toujours la même température, quelle que soit la nature de cette eau, et quelle que soit l'activité du foyer qui en provoque l'ébullition (2). C'est donc la température que possède la vapeur de l'eau en ébullition sous la pression normale qu'on a choisie comme second point fixe, et l'on est convenu d'en faire le point 100° de la gi^duation.

Voici maintenant le détail opératoire.

Point 0^ Remplir de glace pilée un vase V (fig. 73), dont le fond percé de trous laisse écouler l'eau provenant de la fusion.

Plonger dans cette glace le thermomètre à mercure qu'il s'agit de graduer. La colonne liquide s'abaisse d'abord rapidement ; puis son mouvement se ralentit, et bientôt il s'arrête. Lorsque le niveau est devenu parfaitement stationnaire, ce qui exige environ un quart d'heure, on marque d'un trait fin la partie de la tige qui lui correspond : c'est le point 0" de la graduation.

(1) En réalité, le point <Io fusion do la glace n'est pas absolument indépendant de la pression ; mais cette influence est tellement faible dans les circonstances ordinaires qu'on peut la considérer comme complètement négligeable.

(2) On admet généralement que l'eau bout à 100» sous la pression normale de 760™»; mais cela n'est \Tai qu'avec certaines restrictions. La pureté plus ou moins. grande de

Fie. 73. — Appareil pour déterminer le point 0^ de la graduation.

REMPLlSSAfiE. POINTS FIXES. 151

Point 100" — Porter le thermomètre à mercure dans l'appareil qui sert spécialement à la détermination du point 100° (fig. 74). Cet appareil étant placé sur un fourneau à gaz convenablement réglé, Teau contenue dans le vase M entre en ébullition. La vapeur s'élève d'abord dans le tube cylindrique A et descend ensuite entre les deux enveloppes en suivant le chemin marqué par les flèches ; puis elle arrive en D d'où elle se dégage dans l'atmosphère. Le tube m qui est adapté à la tubulure E est destiné à servir de manomètre, et à faire connaître à tout instant la tension que possède la vapeur dans l'appareil (1).

Le thermomètre que l'on a fixé à l'ouverture a se trouve ainsi entouré par la vapeur et en prend rapidement la température. Le mercure qu'il contient se dilate et s'élève progressivement dans le tube. On fait glisser la lige du thermomètre dans le bouchon de manière

«,,^ !.> ^:,r^^.. «^ Tor^ort :»^«:o Frc. 7i. — Appareil pour détemiinor le

que le mveau ne fasse jamais point looo de la graduation.

qu'une faible saillie au-dessus

de ce bouchon. Et quand il est devenu parfaitement slationnaire, malgré la permanence de l'ébullition de l'eau, on marque

l'oau ; la profondeur de ses couches, la nature du vase où elle se trouve contenue, •ont autant de circonstances qui agissent pour modifier la température de son ébullition. Or il résulte des observations de Rudberg que si, au lieu de plonger le thermomètre dans le liquide lui-môme, on le plonge dans la vapeur qui s'en échappe, on annule à la fois toutes ces causes de variations. L'eau peut bouillir à 110*, 120*, 130°, 150*, sans que la température de sa vapeur s'en trouve modifiée. Et, pourvu que la pression soit normale et égale à 760""*, la vapeur qui s'échappe de l'eau en ébullition a toujours et très-e.Kactement la température de -j- ^00°, quelle que soit la nature du vase, quelle que soit la profondeur de la couche liquide, quelle que soit la nature ou la proportion des matériaux dissous.

(i) La vapeur de l'eau en ébullition n'a réellement la température de -f 100» qu'autant que la pression extérieure est égale à 760'"'". On néglige ordinairement l'influence que

d'un Lrail fin la partie du verre qui lui correspond. Ce second irait est le point 100° de la graduation, ou le point 100 db ^, si la pression s'écarte de d millimètres de la pression normale.

§ 2. — Thermomètre a aîxool.

Dans la oonstruclion du thermomètre à alcool, comme dans celle du thermomètre à mercure, le premier soin qu'on doit avoir est de se procurer un liquide pur. On a coutume, pour rendre les indications plus apparentes, de colorer l'alcool au moyen de substances telles que l'orseille, l'orcanette, etc.. Mais c'est là une addition qui ne doit se faire qu'avec beaucoup de ménagement, et qui doit même être exclue dans les thermomètres de précision, La matière colorante, ainsi introduite dans l'alcool, subit toujours au bout d'un temps plus ou moins long une décomposition particulière dont l'effet est de déposer un produit insoluble sur le verre, et de nuire au mouvement régulier de la liqueur.

L'alcool destiné à la construction des thermomètres doit être absolument anhydre, et marquer lOO"* centésimaux à + 15° (1).

cette pression exerce, parce que les écarts au-dessus et au-dessous de 7G0""" sont, en général, assez Taiblcs pour ne pas msdifier d'une manière sensible la température de la vapeur dans laquelle le tlicrmomètro est plon^^é. Si, cependant, le manomètre dont il s'agit indiquait que Tébullition de l'eau se fait sous une pression notablement différente de la pression normale, voici les données sur lesquelles on pourrait s'appuyer pour en tenir compte dans la détermination du point fixe.

On a observé que, dans le voisinajre du point 100", une différence de pression de 27 millimètres correspond à une différence do température del*, et l'on a reconnu, en outre, que, dans les limites des opérations ordinaires, les variations de température sont proportionnelles aux pressions. Si donc on représente par d le nombre de millimètres qui exprime la différence entre la pression actuelle H et la pression normale 760""", et si j; représente la température que possède la vapeur, lorsque l'eau qui la

fournit estenplL'ineébullition sous la pression H, on a a:«100 ±5^^

Supposons, d'après ri«la, que la pression soit do 751""" au moment de Tébullition, le niveau du mercure, devenu stationnaire, correspondra, non pas au point iOO*, mais

au point 100* — -^ c'est-à-dire à 99" 6G. Admettons, au contraire, (jue la pression soit

de 769""", la température de la vapeur correspondra, non pas à 100*, mais u

(1) La purification au moyen de la chaux vive parfaitement desséchée laisse toujours 2 ou 3 centièmes d'eau qu'on n3 peut enlfîver que par des procédés très-délicats. Le plus efficace et le plus avantageux consiste à introduire dans l'alcool un fragment de sodium qui soit en léger excès par rapport à l'eau qu'il contient. Cottp eau est alors complé-

REiMPLlSSAGE. POINTS FIXES. 153

C'est à celle condition seulement qu'il se comporte comme un liquide homogène et que ses indications redeviennent exactement les mêmes pour les mêmes températures. Voici les opérations successives qui ont pour objet de remplir le tube, de régler la course du liquide, et de fermer le thermomètre. '

r Verser dans Tentonnoir cylindrique qui termine le tube une certaine quantité d'alcool incolore ou Irùs-peu coloré, et chauffer légèrement le réservoir inférieur, afin de dilater l'air qu'il renferme. Une partie de cet air traverse le liquide et s'échappe au dehors. Si ensuite on laisse refroidir l'appareil en le tenant dans une position verticale, l'air dilaté se contracte, et une portion de l'alcool pénètre dans le réservoir (fig. 75).

2° Chauffer de nouveau le réservoir jusqu'à faire bouillir l'aicoolqui y a pénétré. La vapeur qui se produit expulse la totalité de l'air; et si, après avoir versé dans l'entonnoir une nouvelle quantité de liquide, on abandonne tout le système au refroidissement, l'alcool passe encore dans le réservoir qu'il remplit cette fois d'une manière complète (1), ainsi que le tube qui le surmonte. La fig. 76 représente l'état du thermomètre après cette opération.

3" Chauffer doucement jusqu'à 30'' ou 35° le réservoir du thermomètre, et» enlever, à l'aide d'une pipette, tout le Hquide qui se trouve à ce moment dans l'entonnoir. Laisser refroidir : le niveau baisse dans le tube. On essuie avec du papier Joseph la paroi intérieure que l'alcool, en se contractant, laisse ainsi à découvert ; puis on la chauffe à la lampe d'émailleur, et l'on étire le sommet du tube en pointe effilée, comme il a été dit pour le thermomètre à mercure. On détache enfin l'entonnoir au moven d'un trait de

temcnt décomposée : il se forme de la soude caustique et une petite quantité d*alcoolate de soude. En plaçant lo mélange dans un appareil distillatoirc en verre et le soumettant à une très-douce chaleur, celle du bain-maric par exemple, on obtient, dans le récipient, do l'alcool absolument exempt d'eau, ayant exactement la formule G* H'O'. (1) Il est à remarquer, cependant, qu'il n'en est pas de Talcool comme du mercure. L*alcool contient toujours de Tair on dissolution ; et quand il pénètre dans le réservoir chaud, cet air se dégage sous forms d'une petite bulle qui adhère fortement au verre, et qu'on ne peut séparer que très-difHcilement par la chaleur. Le meilleur moyen de l'expulser consiste à fixer le thermomètre à l'extrémité d'une corde suffisamment résistante, et à lui imprimer un mouvement de rotation rapide en ayant soin que le réservoir du thermomètre soit la partie la plus éloignée du centre de rotation. Par l'effet de la force centrifuge, l'alcool, qui a plus de masse, est refoulé violemment vers le réservoir où il se comprime, et d'où il déplace la bulle d'air qui, appelée vers les parties les plus voisines du centre de rotation, gagne le sommet du tube, et s'échappe finalement par l'entonnoir.

154 CONSTnUGTlON DES THRRMOMftTRES.

lime, et l'on obtient le thermomètre sous la forme représentée par la ligure 77 ; seulement la pointe effilée est encore ouverte,

4° Placer le thermomètre dans un bain d'eau à 60° environ, en ayant soin qu'il y plonge tout entier, et que la pointe effilée seule fasse saillie en dehors. L'alcool se dilate et sort par l'extrémité ouverte du tube.

On essuie de temps en temps la paroi externe, afin de mieux

Fie. 75. — Remplissage du tube thermométrique à alcool.

Fie. 76. — Tube thermométrique à alcool, cornplét-^ment rempli.

Fie. 77.— Tubclhermo métrique à alcool, dont on a détaché l'entonnoir et effilé la pointe.

saisir le moment où le liquide cesse de sortir, et dès que ce terme est atteint, on soulève légèrement la tige hors du bain, de manière à faire baisser le niveau de 1 ou de 2 centimètres, et l'on ferme complètement le tube à l'aide du chalumeau (1).

(i) En opérant ainsi, on laisse une petite quantité d*air dans le thermomètre. Mais il est à remarquer qu'ici l'air n'a pas seulement pour avantage de contrebalancer en partie la pression extérieure : il sert aussi, par sa force élastique, à retarder le point d'ébuUition de l'alcool, et à permettre à l'instrument d'atteindre, sans danger de rupture, une température supérieure à + 78°.

Points fixes du thermomètre à alcool, — Le thermomètre a alcool étant réglé et fermé, il ne reste plus qu'à marquer les deux points fixes. Le premier correspond à la fusion de la glace et se prend de la môme manière que lorsqu'il s'agit du thermomètre à mercure. On laisse le thermomètre pendant un quart d'heure dans la glace fondante; et, quand le niveau do l'alcool est devenu stationnaire, on marque d'un trait fin la partie de la tige à laquelle

FiG. 78. — Appareil pour déterminer le point 50^ du thermomètre à alcool.

FiG. 79. — Thermomètre à alcool, rempli et fermé avec ses deux points flxes.

il correspond. C'est le point 0" de l'instrument, et il doit s'accorder avec le point 0* du thermomètre à mercure.

Le second point, qui ne peut être le point 100% puisque l'alcool bout à 78% correspond au degré 50° : on l'obtient par comparaison avec un thennomètre étalon à mercure.

Un vase cylindrique V (fig. 78) contenant deux ou trois litres d'eau, est chauffé à + 50* et entretenu à cette température au moyen d'un bec de gaz bien réglé (1). La température du bain est

(1) Il est toujours possible de régler la température d'un bain au degré que l'on veut, en élevant ou abaissant la flamme d'un bec de Bunsen. La llxité de la température pro-

donnée Irès-eiactement au moyen de l'étalon t, à côlé duquel on place le thermomètre à alcool t' qu'il s'agit de graduer. Lorsque le niveau de l'alcool est devenu parfaitement stationnaire, Tétalon indiquant très-exactement 50% on marque d'un trait fin la partie de la lige qui correspond à ce niveau. Ce second Irait correspond au point 50' du thermomètre à alcool, et il doit s'accorder également avec le degré 50' du thermomètre à mercure. Le tube thermométrique présente alors l'apparence représentée par la fig. 79. Le thermomètre à alcool étant, comme le thermomètre à mercure, rempli, réglé, fermé, et pourvu de ses deux points de repère, il ne reste plus qu'à effectuer la graduation ou la division sur tige. C'est ce qui doit (aire l'objet d'une manipulation spéciale.